Untersuchung des Deformations- und Bruchverhaltens der hierarchischen Ebenen von Zahnschmelz

• Antragsteller: Professor Dr. Gerold A. Schneider
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen ; Biomaterialien
• Förderung: Förderung von 2011 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 199693876

In der bisherigen Förderperiode dieses DFG Projektes haben wir experimentell den Einfluss verschiedener hierarchischer Ebenen auf die mechanischen Eigenschaften von Zahnschmelz insbesondere durch mikromechanische Experimente unter Zug und Druck untersucht. Dabei konnten wir erstmals zeigen, dass es eine ausgeprägte mechanische Zug Druck Asymmetrie insbesondere bezüglich der Wirkung der hierarchischen Struktur gibt, die von den in der Literatur existierenden mechanischen Modellen nicht erfasst wird. Unsere Untersuchungen ergaben, dass unklar ist, welchen Anteil einerseits die hierarchische Struktur und andererseits die Kombination von hartem Hydroxylapatit mit ihn umgebenden weichen Proteinen an den außergewöhnlichen mechanischen Eigenschaften des Zahnschmelzes haben. Dies liegt wesentlich auch daran, dass es keine dreidimensionale Aufklärung der Struktur der Hydroxylapatit Nanofasern und Grenzflächen der Zahnschmelzprismen gibt. Ziel dieses Fortsetzungsantrages ist es deshalb, zu verstehen, ob die Anwesenheit von weichen Proteinen für das schadenstolerante Verhalten von Zahnschmelz notwendig ist, oder ob seine komplexe hierarchische Struktur entscheidender ist. Wir wollen dazu mikromechanische Experimente mit proteinhaltigem normalen Zahnschmelz mit Zahnschmelzproben, aus denen die Proteine entfernt wurden, vergleichen. Parallel dazu wollen wir FIB und TEM Tomographie einsetzen, um die 3D Struktur der Hydroxylapatit Nanofasern sowie die Grenzschicht zischen der Nanofasern und zwischen den Zahnschmelzprismen abzubilden. Wir erwarten, dass die Kombination der mikro und makromechanischen Experimente auf unterschiedlichen Hierarchieebenen gemeinsamen mit höchstauflösenden Strukturuntersuchungen, die zentrale Forschungsfrage dieses Projektes beantwortet. Ein sekundäres Ziel dieses Fortsetzungsprojektes ist es, zu verstehen, ob Zahnschmelz als nicht-lebendes Gewebe die Fähigkeit besitzt, Risse zu heilen, wozu es erste Hinweise in der Literatur gibt. Es ist verknüpft mit dem primären Ziel des Antrags und wird Erkenntnisse zur Funktion der Proteine liefern. Wir glauben, dass die Erkenntnisse aus diesem Projekt dazu beitragen können, um schadenstolerantere Dentalmaterialien und nicht-metallische Ingenieurswerkstoffe zu entwickeln.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen